引言

隨著計算機技術通信技術和電子技術的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化程度也日益提高，通過現場總線技術和數字信號處理技術的應用提高了電力系統(tǒng)的可靠性和可維護性。本文將TMS320LF2407A芯片和CAN總線等技術應用于電力系統(tǒng)的數據采集中，基于對轉換時間和轉換精度的考慮，本系統(tǒng)還采用了ADS7684作為模數轉換芯片。ADS7684是TI公司推出的專為高速同步數據采集系統(tǒng)設計的高速6通道同步采樣、12位的模/數轉換芯片。將ADS7684與TMS320LF2407A芯片構成數據采集部分，是一個較好的數據采集方案。該系統(tǒng)可以快捷地實現對電壓、電流、功率、功率因數和頻率等重要的電力參數進行實時檢測，處理和傳輸。

1 系統(tǒng)結構

基于現場總線的電力系統(tǒng)數據采集系統(tǒng)由數據采集模塊、CAN總線、工控機（IPC）3部分組成，其系統(tǒng)結構如圖1所示。

其中數據采集模塊采集現場數據，直接面向生產過程；工控機主要功能是通過現場總線網絡對數據采集模塊的參數進行設置，實時獲取數據采集模塊的數據和信息，以及顯示、數據分析和完成報表等功能；CAN總線部分主要由CAN總線適配卡、通信介質和相應軟件構成。

圖1 系統(tǒng)結構圖

2 系統(tǒng)硬件設計

三相電壓、三相電流模擬信號先輸入到信號調理電路，輸出的雙極性信號進入A/D轉換專用芯片ADS7864電路，數據信號經過電平匹配后傳入DSP。該系統(tǒng)還包括開關量輸入電路、開關量輸出電路、時鐘、電源和CAN接口等電路。如圖2所示。

圖2 硬件總體框圖

2。1TMS320LF2407A的主要特點

美國德州儀器公司生產的TMS320LF2407A芯片將實時信號處理能力和控制器外設功能集于一身，特別適合于工業(yè)控制應用。內核采用哈佛結構，運算速度快，最高可達40MIPS的執(zhí)行速度。具有豐富的通用輸入、輸出引腳。該芯片供電電壓為3.3V，降低了控制器的功耗；還提供了符合CAN2.0B規(guī)范要求的CAN通信模塊；一個16位的同步串行外圍接口(SPI)和串行通信接口(SCI)模塊；具有低成本、低功耗、高速運算能力和高性能處理能力等優(yōu)點，因此該DSP芯片可以滿足此系統(tǒng)要求。

2.2 采集模塊電路設計

該部分電路采用ADS7684作為A/D轉換芯片，ADS7684是一種高速、低功耗、六通道、同時采樣保證無失碼的雙12位A/D轉換器。主要應用于電機控制，三相電源控制等領域。信號調理部分采用互感器對電網信號進行隔離變化，所選用的是電流型互感器，既可測電壓也可測電流，輸入、輸出額定電流6mA/6mA再采用普通運算放大器LM324構成電流電壓轉換器#運放工作在放大狀態(tài)，輸出-5~+5V信號.從調理部分得到的雙極性模擬信號經過運算放大器OPA340組成的轉換電路變成0~5V的輸入信號,接入ADS7864的+IN和-IN端子,如圖3所示。

圖3 雙極性輸入轉換電路

ADS7684使用獨立的8MHZ有源時鐘，由5V電源供電。TMS320LF2407A供電電壓是3.3V，而ADS7864供電電壓是5V，所以二者接口需電平轉換，ADS7864的16位數據線經過SN74LVTH16245A電壓轉換芯片再與DSP相連，片選信號CS和讀信號RD分別由2407A的外部I/O空間選通信號CS和讀信號RD經電平匹配模塊引入，它的A/D轉換結束標志信號BUSY同樣須經電平匹配模塊引到2407A的XINT1。ADS7864同時采到6路輸入信號并將它們保存在保持寄存器，然后順序啟動轉換，將轉換的結果分別存放在6個寄存器中，轉換完后發(fā)出BUSY中斷信號，DSP響應中斷，順序讀出轉換結果，然后再進行下一次采樣、轉換。

2.3 通信模塊電路設計

目前電力系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都是基于RS-485構建的網絡，采用半雙工的電氣協(xié)議，這種機制使得在構建復雜工業(yè)現場的實時監(jiān)控網絡時存在不足，可靠性低，系統(tǒng)故障隔離能力差。在本設計方案中采用了CAN總線技術。該總線技術具有獨特的機制，其主要有以下幾個優(yōu)點：網絡節(jié)點不分主動主從；采用非破壞總線仲裁；支持競爭；傳輸距離遠；通信速度較高(最大1Mbit/s)；組網靈活；其報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾小，具有自己的協(xié)議等；所以現場總線CAN以其自身的優(yōu)點有效支持分布式控制系統(tǒng)或成為實時控制的串行通信網絡。

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